《第十六章第1节 实验:探究碰撞中的不变量》学案(含答案)
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1、第 1 节 实验:探究碰撞中的不变量一、实验目的1明确探究碰撞中的不变量的基本思路2探究一维碰撞中的不变量二、实验原理1探究思路(1)一维碰撞:两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿这一直线运动,这种碰撞叫做一维碰撞(2)追寻不变量:在一维碰撞的情况下,设两个物体的质量分别为 m1、m 2,碰撞前的速度分别为 v1、v 2,碰撞后的速度分别为 v1、v 2,如果速度与我们规定的正方向一致,取正值相反取负值,依次研究以下关系是否成立:m 1v1m 2v2m 1v1m 2v2;m 1v m 2v m 1v m 2v ;21 2 21 2 .v1m1 v2m2 v1m1 v2m2探究以上各关系式是
2、否成立,关键是准确测量和计算碰撞前与碰撞后的速度v1、v 2、v 1、v 2.2实验方案方案一 利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞,两小车碰撞端分别装上撞针和橡皮泥实验装置如图所示(1)质量的测量:用天平测量质量(2)速度的测量:v ,式中 x 是纸带上两计数点间的距离,可用刻度尺测量 t 为xt小车经过 x 所用的时间,可由打点间隔算出这个方案适合探究碰撞后两物体结合为一体的情况方案二 利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞,实验装置如图所示(1)质量的测量:用天平测量质量(2)速度的测量:可以测量小球被拉起的角度,根据机械能守恒定律算出小球碰撞前对应的速度;测量碰撞后两小球分
3、别摆起的对应角度,根据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度(3)不同碰撞情况的实现:用贴胶布的方法增大两小球碰撞时的能量损失方案三 利用气垫导轨实现一维碰撞,实验装置如图所示(1)质量的测量:用天平测量质量(2)速度的测量:利用公式 v ,式中 x 为滑块挡光片的宽度, t 为数字计时器显xt示的滑块挡光片经过光电门对应的时间(3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量(4)实验方法用细线将弹簧片压缩,放置于两个滑块之间,并使它们静止,然后烧断细线,弹簧片弹开后落下,两个滑块随即向相反方向运动(图甲) 在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架(图乙) 可以得到能量损失很小的碰撞在两个滑块的
4、碰撞端分别装上撞针和橡皮泥,碰撞时撞针插入橡皮泥中,把两个滑块连成一体运动(图丙),这样可以得到能量损失很大的碰撞方案四 利用斜槽实现两小球的一维碰撞,如图甲所示让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来,与放在斜槽前边小支柱上的另一质量较小的球发生碰撞,之后两小球都做平抛运动(1)质量的测量:用天平测量质量(2)速度的测量:由于两小球下落的高度相同,所以它们的飞行时间相等如果用小球的飞行时间作时间单位,那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度因此,只需测出两小球的质量 m1、 m2 和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离 s1,以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离 s1 和
5、 s2.若在实验误差允许的范围内m1s1 与 m1s1 m2s2 相等,就验证了两个小球碰撞前后的不变量(3)让小球从斜槽的不同高度处开始滚动,进行多次实验三、实验步骤不论哪种方案,实验过程均可按实验方案合理安排,参考步骤如下:1用天平测出相关质量2安装实验装置3使物体发生一维碰撞,测量或读出相关物理量,计算相关速度4改变碰撞条件,重复实验5通过数据分析处理,找出碰撞中的不变量6整理器材,结束实验四、数据处理与误差分析1实验数据的处理为了探究碰撞中的不变量,将实验中测得的物理量填入如下表格,然后探究不变量碰撞前 碰撞后质量 m1 m2 m1 m2速度 v1 v2 v1 v2mv m1v1m 2
6、v2 m1v1m 2v2mv2 m1v m 2v21 2 m1v m 2v21 2vmv1m1 v2m2v1m1 v2m2从表中所列的三个关系中,找出碰撞前和碰撞后守恒的量2实验结论经过验证后可知,在误差允许的范围内,碰撞前后不变的量是物体的质量与速度乘积之和,即m1v1m 2v2m 1v1m 2v2.3误差分析(1)系统误差:主要来源于装置本身是否符合要求,即:碰撞是否为一维碰撞实验中是否合理控制实验条件,如气垫导轨是否水平,两球是否等大,长木板实验是否平衡掉摩擦力(2)偶然误差:主要来源于对质量 m 和速度 v 的测量五、注意事项1前提条件:碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰” 2方案提醒
7、(1)若利用气垫导轨进行实验,调整气垫导轨时,注意利用水平仪确保导轨水平(2)若利用摆球进行实验,两小球静放时球心应在同一水平线上,且刚好接触,摆线竖直,将小球拉起后,两条摆线应在同一竖直平面内(3)若利用长木板进行实验,可在长木板的一端下垫一小木片用以平衡摩擦力3探究结论:碰撞有很多情形,寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变实验原理和注意事项如图所示,在实验室用两端带竖直挡板 C、D 的气垫导轨和带有固定挡板的质量都是 M 的滑块 A、B 做“探究碰撞中的不变量”的实验(1)把两滑块 A 和 B 紧贴在一起,在 A 上放一质量为 m 的砝码,置于导轨上,用电动卡销卡住 A 和 B,在 A
8、 和 B 的固定挡板间放一弹簧,使弹簧处于水平方向上的压缩状态(2)按下按钮使电动卡销放开,同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器,当 A和 B 分别与挡板 C 和 D 碰撞的同时,电子计时器自动停表,记下 A 至 C 的运动时间 t1,B至 D 的运动时间 t2.(3)重复几次取 t1、t 2 的平均值请回答以下几个问题:在调整气垫导轨时应注意_;应测量的数据还有_;作用前 A、B 两滑块速度与质量乘积之和为_,作用后 A、B 两滑块速度与质量乘积之和为_(用所测数据与题中已知数据表示) 思路点拨 本题应按以下思路进行分析:(1)仔细审题,明确本题的实验原理和实验步骤;(2)根据题目中的
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- 第十六 实验 探究 碰撞 中的 不变量 学案含 答案
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